基于動力學(xué)模型的FAST TCP網(wǎng)絡(luò)擁塞控制協(xié)議的研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)不斷的發(fā)展，新型業(yè)務(wù)的涌現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)承載能力面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中可用帶寬小于所需帶寬時，網(wǎng)絡(luò)將會產(chǎn)生擁塞。隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的進(jìn)一步增加，擁塞現(xiàn)象愈加嚴(yán)重。網(wǎng)絡(luò)擁塞會降低網(wǎng)絡(luò)性能，如傳輸時延增大，數(shù)據(jù)丟包率增加等，嚴(yán)重影響終端用戶業(yè)務(wù)體驗。研究網(wǎng)絡(luò)擁塞，提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。
　　網(wǎng)絡(luò)擁塞協(xié)議的研究不僅涉及到穩(wěn)定性的討論，還包括一系列動態(tài)行為，如周期性振蕩、混沌、分岔等。在時延微分方程中，周期性的振蕩會產(chǎn)生霍普夫分岔，系

2、統(tǒng)從穩(wěn)定狀態(tài)變成不穩(wěn)定。因此，研究互聯(lián)網(wǎng)擁塞控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有十分重要的意義。
　　本文運(yùn)用動力學(xué)方法，研究FAST TCP模型的平衡點(diǎn)，極限環(huán)的穩(wěn)定性，霍普夫分岔以及分岔周期解的性質(zhì)。首先介紹了網(wǎng)絡(luò)擁塞的定義，然后從源算法和路由算法兩個方面描述了擁塞控制算法。詳細(xì)介紹了高速網(wǎng)絡(luò)擁塞控制機(jī)制的原理。基于FASTTCP擁塞控制算法的數(shù)學(xué)模型，使用動力學(xué)分析方法，并選擇通信時延作為分岔參數(shù)分析了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，證明了FASTTCP模型

3、存在霍普夫分岔行為。然后采用時延控制策略控制分岔，使得通信時延的臨界值增加，從而穩(wěn)定了信號發(fā)送率和路由緩沖區(qū)大小，在一定參數(shù)范圍內(nèi)有效地避免網(wǎng)絡(luò)擁塞的發(fā)生。本文的主要創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)分析為什么傳統(tǒng)TCP擁塞控制協(xié)議在高帶寬時延積網(wǎng)絡(luò)中不能適用。而在近些年來提出的適合高速網(wǎng)絡(luò)的眾多新型協(xié)議中，F(xiàn)ASTTCP協(xié)議把隊列時延作為擁塞度量因子，精確地預(yù)估了擁塞，同時具有穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)和高帶寬利用率。
　　(2)本文分析FAST

4、TCP擁塞控制系統(tǒng)動力學(xué)模型。應(yīng)用微分方程和控制理論，得出當(dāng)網(wǎng)絡(luò)時延經(jīng)過某一臨界值時，系統(tǒng)發(fā)生霍普夫分岔，此時會從平衡點(diǎn)處分岔出一組周期解，從實際的角度來看，這意味著平穩(wěn)信號發(fā)送率和路由緩沖區(qū)大小是不保證的，這是不可取的。然后使用中心流形定理和正規(guī)形理論得出分岔性質(zhì)，再仿真驗證理論推導(dǎo)的正確性。
　　(3)網(wǎng)絡(luò)中端到端的擁塞控制是可實施的，從技術(shù)上來說，在網(wǎng)絡(luò)模型上添加一個控制器不會增加成本或網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，同時它可以顯著地改善網(wǎng)絡(luò)